云计算、移动宽带等业务流量的持续增长正在不断推动光传送网演进,作为用户接入网络与核心骨干网络之间桥梁的城域传送网也迎来了高速发展时期。为了更好地支撑流量的突发和大容量传输,城域传送网亟需更优的网络体系结构和物理层技术。光正交频分复用(OFDM)技术以其良好的对抗色度色散与偏振模色散能力、高效的频谱效率(SE)以及子载波复用机制所带来的调度控制灵活性受到广泛关注,已经成为城域网和接入网中光纤传输技术进化发展的重要方向之一。基于OFDM的城域传送网频谱效率高、容量大,同时能够实现不同颗粒度的资源动态调度,满足不同业务的服务质量和带宽需求。本文针对当前城域传送网的需求,重点开展OFDM城域传送网系统方案设计和直接检测OFDM系统中物理层损伤抑制方面的研究,取得了一定的创新性研究成果。本文主要创新工作简述如下。1、针对城域传送网对系统成本代价敏感特点和传输容量提升且动态灵活可控等演进需求,设计了一种基于直接检测OFDM(DD-OFDM)技术的城域传送环网结构和运行机制,该DD-OFDM城域传送环网支持保护倒换和动态带宽调度;在此基础上,提出了一种集中式的动态带宽调度机制与基于尽力分配和变优先级的动态带宽分配算法,仿真表明,较固定带宽分配系统带宽利用率至少提升10%,包平均时延和时延抖动分别最大降低了 8%和20%左右。2、直接检测OFDM系统中,系统性能严重受限于子载波间拍频干扰。对于线性场调制产生的单边带直接检测OFDM系统,除了采用接收端迭代算法来抑制子载波间拍频干扰,更简单的方案是在信号频带和光载波间插入足够的保护频带或者信号只加载在奇数号子载波上,从而使得直接检测后的信号不受子载波间拍频干扰的影响。然而,后面两种方案会大大降低系统的频谱效率。本文针对半周期交错加载的单边带直接检测OFDM系统(HSSB-DD-OFDM),提出一种基于平衡探测的子载波间拍频干扰抑制方案以及相应的OFDM符号保护间隔方法,在牺牲极少频谱效率的条件下,降低系统对载波与信号功率比的要求,改善接收机灵敏度。40Gbps-100km HSSB-DD-OFDM系统仿真结果表明:该方案能够有效消除子载波间拍频干扰,频谱效率提升最大为41%。3、强度调制直接检测OFDM系统性能除了受限于子载波间拍频干扰外,色散和啁啾致功率衰落也会严重降低系统性能。基于电吸收调制器(EAM)的强度调制直接检测OFDM系统中,可采用多信号子带和比特分配技术充分利用传输频带以获得最大数据速率,然而随着系统传输距离和速率的提升,子载波间拍频干扰将迅速增强。本文分析了 EAM-IMDD-OFDM系统中,子载波间拍频干扰的形成原因及其与调制器非线性、啁啾、光纤色散等因素的关系,并提出了一种基于基带预失真抑制子载波间拍频干扰的算法。30Gbps-100km多信号子带EAM-IMDD-OFDM系统离线实验结果表明:基带预失真算法能改善接收机灵敏度约3dB;与背靠背传输相比,接收机灵敏度代价约0.9dB。4、OFDM信号的高峰均比是影响系统性能的主要因素之一,常用的马赫-曾德调制器、电吸收调制器的非线性传输函数在实现光OFDM信号调制时,为了减小高峰均比所导致的非线性失真,必须减小调制深度,从而降低了系统的有效光信噪比;另一方面,高峰均比导致信号在光纤传输过程中四波混频等非线性效应更加明显,将恶化系统传输性能。EAM-IMDD-OFDM系统中,由于功率衰落导致某些频带无法传输数据,但可利用这些频带上的子载波加载“峰值抵消信号”以降低发送信号的峰均比,但是额外的“峰值抵消信号”会导致直接检测时子载波间拍频干扰增强。本文提出了一种预留子载波联合子载波交错加载的峰均比抑制方案,在EAM-IMDD-OFDM系统中降低发送信号峰均比的同时消除子载波间拍频干扰的影响。20Gbps-100km多信号子带EAM-IMDD-OFDM系统离线实验结果表明:采用所提方案后,发送信号峰均比降低了 3dB以上,接收机灵敏度改善约1.8dB。5、强度调制直接检测OFDM系统通常使用廉价的DFB激光器或VCSEL激光器,但这些激光器通常线宽较大。光OFDM信号对激光器的相位噪声十分敏感,相位噪声会导致共同相位误差和子载波间干扰,降低系统性能。本文详细分析了 EAM-IMDD-OFDM系统中,相位噪声引起的相位旋转和子载波间干扰;提出了一种基于导频和接收端迭代检测的相位噪声与子载波间拍频干扰联合抑制算法。40Gbps-100km多信号子带EAM-IMDD-OFDM系统的仿真结果表明,采用该算法后,激光器线宽为3MHz时,接收机灵敏度可改进1.7dB。